科教興國背景下基于學習遷移理論的物理教學設計研究

摘 要：學習遷移問題自出現以來就受到了廣泛的關注，隨著問題的持續研究，學習遷移理論被廣泛地應用到物理教學過程中，但關于將學習遷移理論融入到物理教學設計中的應用卻很少。在如今的科教興國背景下，合理地運用學習遷移理論，能提高學生的思維遷移及概括能力等各種能力。把學習遷移理論融入到高中物理教學設計中，對促進素質教育的發展以及我國物理人才的培養都有很大的幫助。

關鍵詞：科教興國 學習遷移理論 中學物理 教學設計

中圖分類號：F063.2；G642.0" 文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2023）12-209-03

一、引言

黨的二十大報告對“實施科教興國戰略，強化現代化建設人才支撐”進行了部署。百年大計，教育為先。從另一層面去看，也只有教育搞好了，才能為黨和國家培養出更多更優秀的科技人才，而不斷涌出的高質量人才，可以為科技創新提供源源不斷的新動能，讓科技創新生態可持續、更具競爭力。中學物理教育作為培養人的重要一環，一直為國家提供著源源不斷的人才。科學地運用各種理論在教學設計上可以得到事半功倍的效果。成功的課堂教學可以使學生在新知識的學習中更加科學，在知識的理解上更加深刻，知識的使用上更加精確并有助于能力的提升。然而，在現實的課堂教學中，學生很難投入到新的課程中來。恰當地引導能使學生獲益良多，并能使他們更好地融入課堂。思維是行為的先導，教師在教學過程中要關注學生的思維活動，要根據學生的思維發展規律來引導他們去思考。因此，良好的教學引導不僅關系到學生的心理，而且也關系到設計的內容本身。

二、學習遷移理論的含義與分類

1.學習遷移的概念。學習遷移是指某種知識對其他某種知識的作用或習得的知識對完成其他活動的作用。學習遷移就是問題的解決和創新的思考。這是高級心理加工和藝術創造所需要的重要技能。在整個學習進程中，教學是一個至關重要的組成部分，它也是每個學習者所期待的現象。首先，學習遷移是一個系統的、穩定的、統一的心理結構，它對控制人們的行動起到積極的作用。其次，在向能力轉化過程中，學習遷移非常關鍵。能力的形成取決于對知識和技能的熟練程度，以及對現有知識和技能的不斷總結和系統化處理。學習者的學習遷移是在一個學習環境中進行的。學習遷移不僅體現在之前的學習中，也體現在后續的學習中。這種效應可能是正面或負面的。

2.學習遷移的分類。根據學習遷移的領域，可以將其分為三大類：習慣態度、知識與動作技能。比如，在知識界，了解電場有助于理解磁場；在動作技能的過程中，通過使用左手定律來判定安培力的方向。在習慣態度的遷移中，學習者對學習物理的追求也會以相同的態度遷移到其他科目當中。

根據學生的學習遷移方法，可以將遷移歸分為特殊與非特殊遷移。特殊遷移是指某些學習內容僅在一定范圍內進行轉移，所謂非特殊遷移是指學習的對象向大范圍學習的轉移，其主要體現在學習態度、學習技巧、學習策略、學習方式等方面。物理學的求實精神可能會被轉移到其它學科，甚至在工作和生活中。

根據學習遷移的方向，可以將其歸類為順向和逆向遷移兩種。前一階段的學習影響下一階段的學習叫做順向遷移。而后學習的東西影響以前的學習，這是所謂的逆向遷移。

三、影響遷移的因素及教學中的應用策略

教學設計應注重培養學生的求知欲和求知能力。在知識和信息飛速發展的今天，人類已經進入了一個知識時代。要讓學生更好地融入到學習中來，我們不僅要注重學習、認識、運用知識，還要注重培養他們的求知欲望、興趣、積極性、愛好、愛好，從而使他們對科學和學習產生濃厚的興趣。有良好的興趣是學好物理的心理基礎從而逐步發展成為一種強有力的學習動力。因此，在教學設計中，要時時調動學生的學習興趣，增強他們的自信心。

（一）影響中學物理學習遷移的因素

在中學物理教學中，影響學習遷移的最主要的兩個因素是物理前概念和數學學習。學生們在學習時，會對每一門科目包括物理學進行預設。物理預設是指學生在與周圍環境的長期交互作用下，通過主體的構造，從而了解物理、物理的法則。例如，在學習“牛頓第一定律”前，他們認為物體只有受力才會有速度，不受力便沒有速度。這就是學生學習牛頓第一定律以前的概念。從認知結構遷移的觀點來看，在學生的大腦中有一種“先導”，這種“先導”作用于學生的學習行為。

1.物理前概念在物理知識中的負遷移。有些時候，對物理現象、過程、材料等認識有誤，若不能及時改正，就會導致思維偏差，影響物理的學習，導致物理的學習出現問題。

2.物理前概念在物理知識中的正遷移。事物是一分為二的，學生所掌握的前概念大多數都是淺顯的認識，甚至有些是與科學相違背的。然而，教師們也別忘了，在觀察、了解這個世界的過程中，他們總是會從自身的角度去觀察、去了解這個世界。從建構主義的角度來看，“常識”是個人的一種精神財富，是人們了解生命中一些特別現象的一種有價值的手段。這種前概念既是老師也是學生的資源。我們應該將這些“資源”當作“生長點”，使他們能夠更好地了解新的知識，從而使他們從原來的舊觀念中獲得新的科學觀念。

3.數學學習在物理知識中的正遷移。數學推導起著舉足輕重的作用。比如在求解變速運動路程的問題中，許多人都無法直觀地感受路程的大小，但通過對數學圖像求解面積這將是十分簡單的。此外，在高中物理領域，諸如正弦函數、余弦函數等也被廣泛地用于機械振動、機械波、交流電等。在利用平行四邊形規則來求解合力的問題中，三角形的特性是求解該類問題的關鍵。數學的思維方式被廣泛地運用。舉例來說，兩種力可以輕易地結合，但是三種、四種、五種以上的結合卻是一件非常困難的事情，因此，利用數學中的坐標理論，可以用一種非常簡單的方法來求解。

數學是研究物體在空間與量之間的關系，物理則是基本的物質結構和運動規律。盡管這兩個學科完全是兩個概念，但他們的思維方式，以及獲取知識的方式卻是密不可分的。數學是物理學發展的有力手段，它為數學的應用打開了一個巨大的天地，推動了它的發展。在中學，數學和物理關系最密切。在中學物理教學中，正交分解的思想被廣泛地運用于中學物理的各個方面，是中學物理教學中的一個重要環節。另外，物理題95%以上的問題都是由數學運算來求解的，因此，列方程組、不等式的極小值、數列的求解是中學物理問題的關鍵。在物理實驗中，還廣泛地運用了數學誤差的計算和錯誤分析。

4.數學知識在物理知識上的負遷移。數字在中學物理教學中的確發揮著很重要的作用，但是這并不表示可以說數字學習取代了物理學習。如果學生在物理學習時，因為對數字的盲目依賴，對物理學習做出了單純的抽象的數字理解，而沒有對實際的物理活動做出更詳細的研究，會導致對物理教學產生消極的作用。

（二）學習遷移理論的應用策略

1.促進物理前概念正遷移的策略。從日常生活中發掘更多的東西。很多高中生的物理概念、法則，對于初學者來說，都是一種很難理解的東西。教師要充分挖掘物理概念及規律，并運用到課堂中，通過“陳述組織者”的指引來正確理解物理概念與物理規律，促進物理概念和規律的傳播。

讓同學們注意到真實的物理現象。中學物理與現實生活有著密切的關系。在中學物理教學過程中，培養對物理現象的關注是一個很好的習慣。比如：當學生在開車的時候，如果他能想清楚自己為何要往前走，他就會明白，摩擦力并不妨礙物體的移動，而只是妨礙了物體的相對移動；當輪船靠岸時，如果同學們注意到了岸上的輪子，就會對動量定律有很好的了解。

2.促進數學學習的正遷移的策略。在物理前概念表達過程中正確地滲透了數學知識。中學物理的很多定義，都是通過數理的方法來定義的。例如電位差等則由比值確定，總功用以和值表達。但如果沒有人明白加、減、乘、除、極限等的意思，那么按照學習遷移原理，學習者將很難掌握。所以，教師們可以把數學知識合理地滲入物理學概念表述中，這樣就合理地促進了物理學概念的向前遷移。

鼓勵同學們自己去推導物理定律。在建立物理定律的過程中，數學推導具有舉足輕重的地位。在物理定律的指導下，學生通過自己的邏輯推理、自己的判斷、老師的評價，按照學習遷移原理，學生通過自己的推理，不僅可以加深對物理定律和物理概念的認識，還可以提高他們的邏輯推理和推理能力。

3.減小物理前概念負遷移的策略。引導學生對暴露出的錯誤進行自我反省。在高中的物理課上，會有一些類似于慣性和速度的現象。教師應充分利用教學技術，使學生理解并糾正錯誤的預設。由于對這一領域的實踐經驗不足，需要運用物理概念進行邏輯思考、分析判斷。利用認知策略傳遞理論，對學生進行自我評價，促使其積極地拋棄原有的觀念。如果學生只是聽從老師的意見，他們則只能被動地傾聽，無法建立起自己的知識體系。通過組織討論，可以使各種前概念之間或前概念與正確概念之間進行“交鋒”，從而產生認知上的“震顫”。

展示在物理前概念中存在的不合理性。在學習慣性的時候，很多人都會把它和沖力這個概念混在一起，認為是因為有了推動力，所以才會往前走，但扔出去的手榴彈，卻會由于慣性而運動。在這個時候，教師引導學生通過對物體的受力分析，通過對物理前概念的錯誤分析，促使學生放棄原有的認識，建構新的科學認識。

4.減小數學學習負遷移的策略。中學物理教學中，物理公式所表示的物理量之間的聯系往往被看作是純粹的數學關系，這會給物理、物理定律帶來消極的影響。比如，當電容式C=Q/U時，有些同學會錯誤地把C和Q認為成正比，與U成反比；基于學習遷移理論，教師可以在特定的物理環境下，使學生明白C和R等的大小取決于對象自身的性質，而不受比例的影響。

強調物理概念的應用條件，保證物理定律的精確性。在物理定律的教學中，也存在著許多同學不顧及物理定律所包含的物理量所代表的物理含義，他們借數學的方法，將物理學的規則抽象為數學，這就給學習物理定律帶來了極大的阻礙。比如：老師們在解釋庫倫定律的時候，不強調這個定律在真空中的點電荷是有效的，那么，在庫倫定律的作用下，許多學生都會得出一個錯誤的結論，即r接近無限小時，F接近無限大。

四、以《牛頓第一定律》為例的教學設計

（一）教材分析

牛頓第一定律是力學中最關鍵的一條，同時又是訓練學習者分析、概括與演繹能力的優秀材料。這門課程以對運動和力學的基本認識為基礎，第一次把力和運動理論相結合，探索力和運動間的關聯和規律，這門課程在中學物理教育中有著重要的地位，為今后的教學工作打下了扎實的理論基礎。所以，這套課程更加強調內容的科學性，把物理理論和實際緊密結合在一起，讓學習者有一個和物理學近在咫尺的感受，充分調動了學生對物理的興趣。

（二）學生的學習情況

力是維持物體運動狀態的原因還是改變物體運動狀態的原因，人們理解并認識其正確性是一個很長的歷史過程，而學生要正確地理解，又要克服自己的物理前概念，同時還要克服日常生活中錯誤的經驗。因此，在一開始，我們先用兩個實驗，讓他們通過觀察、思考，來澄清自己的認知。

（三）教學活動設計

五、結語

高中物理作為一門被廣泛應用的學科，具有較強的連貫性、邏輯性、抽象性，所以把學習遷移理論融入到高中物理的教學設計中，能夠大力推進素質教育的發展。在高中物理教學，將學習遷移理論融入高中物理教學設計的研究是十分必要和有前景的。同時，在強調培養中國學生核心素質的前提下，我們也呼吁所有的物理老師、教育工作者都應該重新認識到學習遷移理論在中學物理教學中的作用，并以更多的專業視角、更深的育人視角去研究它，為學生的核心素養、職業發展提供科學依據，從而推動科教興國戰略的施行。

[基金項目：佳木斯大學教育教學改革研究項目（項目編號： 2021JY2-44，2022JY3-32）;佳木斯大學研究項目（項目編號： Lz2013-017）]

參考文獻：

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[3] 李攸香.論高中物理教學中的遷移及其對教學的啟示[J].教育與教學研究，2013，27（3）：4.

[4] 王春陽.教育心理學[M].成都：電子科技大學出版社，2017：160.

（作者單位：佳木斯大學理學院 黑龍江佳木斯 154007）

[通訊作者簡介：張海豐（1973—），男，吉林乾安人，教授，碩士生導師，研究方向：物理教學理論和方法研究;王東方（1973—），女，黑龍江佳木斯人，副教授，研究方向：大學物理課程研究。]

（責編：若佳）